Um novo sistema de máscara de inalação para fornecer altas concentrações de gás óxido nítrico em sujeitos de respiração espontânea

Resumo

Este dispositivo de sistema simples e altamente adaptável para a inalação de gás de óxido nítrico de alta concentração (NO) não requer ventiladores mecânicos, pressão positiva ou fluxos de gás elevados. Os materiais de consumo médico padrão e uma máscara confortável são usados para fornecer gás sem gás para respirar espontaneamente.

Resumo

O óxido nítrico (NO) é administrado como gás para inalação para induzir a vasodilatação pulmonar seletiva. É uma terapia segura, com poucos riscos potenciais, mesmo se administrada em alta concentração. Inalado NENHUM gás é usado rotineiramente para aumentar a oxigenação sistêmica em diferentes condições da doença. A administração de altas concentrações de NO também exerce um efeito virucida in vitro. Devido aos seus perfis farmacodinâmicos e de segurança favoráveis, à familiaridade em seu uso por prestadores de cuidados críticos e ao potencial de um efeito virucida direto, o NO é clinicamente utilizado em pacientes com doença coronavírus-2019 (COVID-19). No entanto, nenhum dispositivo está disponível atualmente para administrar facilmente o NÃO inalado em concentrações superiores a 80 partes por milhão (ppm) em várias frações de oxigênio inspiradas, sem a necessidade de equipamentos dedicados, pesados e caros. O desenvolvimento de uma solução confiável, segura, barata, leve e livre de ventiladores é crucial, particularmente para o tratamento precoce de pacientes não entubados fora da unidade de terapia intensiva (UTI) e em um cenário de recursos limitados. Para superar tal barreira, um sistema simples para a administração não invasiva de gás no até 250 ppm foi desenvolvido utilizando consumíveis padrão e uma câmara de limpeza. O método tem sido comprovado seguro e confiável na entrega de uma concentração não especificada enquanto limitava os níveis de dióxido de nitrogênio. Este artigo tem como objetivo fornecer aos médicos e pesquisadores as informações necessárias sobre como montar ou adaptar tal sistema para fins de pesquisa ou uso clínico no COVID-19 ou outras doenças nas quais a administração do NO pode ser benéfica.

Introdução

Nenhuma terapia de inalação é regularmente usada como tratamento que salva vidas em vários ambientes clínicos^1,2,3. Além do seu conhecido efeito vasodilatador pulmonar⁴, NO exibe um amplo efeito antimicrobiano contra bactérias⁵, vírus⁶e fungos⁷, particularmente se administrados em altas concentrações (>100 ppm). ⁸ Durante o surto de Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS) de 2003, NO mostrou potente atividade antiviral in vitro e demonstrou eficácia terapêutica em pacientes infectados com o SARS-Coronavirus (SARS-CoV)^9,10. A cepa de 2003 é estruturalmente semelhante ao SARS-Cov-2, o patógeno responsável pela atual Doença coronavírus-2019 (COVID-19) pandemia¹¹. Três ensaios clínicos controlados randomizados estão em andamento em pacientes com COVID-19 para determinar os benefícios potenciais da respiração de alta concentração NO gas para melhorar os resultados^12,13,14. Em um quarto estudo em andamento, a inalação profilática de altas concentrações de NO está sendo investigada como medida preventiva contra o desenvolvimento do COVID-19 em prestadores de cuidados de saúde expostos a pacientes SARS-CoV-2 positivos¹⁵.

O desenvolvimento de um tratamento eficaz e seguro para o COVID-19 é uma prioridade para as comunidades de saúde e científicas. Para investigar a administração de NO gás em doses > 80 ppm em pacientes não entubados e voluntários, tornou-se evidente a necessidade de desenvolver um sistema não invasivo seguro e confiável. Esta técnica visa administrar altas concentrações de NO em diferentes frações de oxigênio inspirado (FiO₂) para respirar espontaneamente os sujeitos. A metodologia descrita aqui está atualmente em uso para fins de pesquisa em pacientes COVID-19 respirando espontaneamente no Hospital Geral de Massachusetts (MGH)^16,17. Seguindo as diretrizes do comitê de ética em pesquisa humana da MGH, o sistema proposto está atualmente em uso para realizar uma série de ensaios controlados randomizados para estudar os seguintes efeitos das altas concentrações de não gás. Primeiro, o efeito de 160 ppm NO gás está sendo estudado em indivíduos não entubados com COVID-19 moderado-leve, admitido no Pronto-Socorro (Protocolo IRB #2020P001036)¹⁴ ou como pacientes internados (Protocolo IRB #2020P000786)¹⁸. Em segundo lugar, o papel da alta dose NO está sendo examinado para prevenir a infecção pelo SARS-CoV-2 e o desenvolvimento de sintomas COVID-19 em prestadores de cuidados de saúde rotineiramente expostos a pacientes SARS-CoV-2 positivos (Protocolo IRB # 2020P000831)¹⁹.

Este dispositivo simples pode ser montado com consumíveis padrão rotineiramente usados para terapia respiratória. O aparelho proposto é projetado para fornecer não invasivamente uma mistura de GÁS NO, ar médico e oxigênio (O₂). A inalação de dióxido de nitrogênio (NO₂₎é minimizada para reduzir o risco de toxicidade das vias aéreas. O atual limite de segurança no₂ estabelecido pela Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais é de 3 ppm acima de uma média ponderada de tempo de 8h, e 5 ppm é o limite de exposição a curto prazo. Por outro lado, o Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional recomenda 1 ppm como limite de exposição a curto prazo²⁰. Dado o crescente interesse em alta dose no gasoterapia, o presente relatório fornece a descrição necessária deste novo dispositivo. Ele explica como montar seus componentes para fornecer uma alta concentração de NÃO para fins de pesquisa.

Protocolo

NOTA: Consulte a Tabela de Materiais para os materiais necessários para montar o sistema de entrega. Fontes de ar médico, O₂e NENHUM gases também devem estar disponíveis no local. O dispositivo foi desenvolvido para uso de investigação em protocolos de pesquisa que passaram por rigorosa revisão pelo Conselho de Revisão Institucional local (IRB). Em nenhuma circunstância os provedores devem operar apenas com base nas indicações incluídas neste manuscrito, montando e usando este dispositivo sem buscar aprovação regulatória institucional prévia. A partir da extremidade proximal do dispositivo, monte as peças na seguinteordem (Figura 1).

1. Construindo a interface do paciente

1. Tome uma máscara facial de ventilação padrão e não invasiva do tamanho apropriado para o sujeito.
2. Conecte a porta de cotovelo incorporada da máscara a um ar particulado de alta eficiência (filtro bacteriano/viral altamente hidrofóbico, hepa classe 13) através do diâmetro externo de 22 mm (O.D.) /15 mm de diâmetro interno (I.D.) conector.
3. (Opcional) Para facilitar o movimento do sujeito e reduzir o risco de desconexão, adicione um conector flexível de 15 mm X 22 mm O.D./15 mm (comprimento de 5 cm-6,5 cm) conector flexível do paciente para um tubo de endotraqueal ou traqueostomia entre a interface da máscara e o filtro HEPA.
   NOTA: Faça todos os esforços para evitar o vazamento da interface da máscara. A "extremidade do paciente" do dispositivo também pode consistir em um porta-voz. Um clipe de nariz deve ser adicionado em tal configuração.

2. Construção da peça Y e preparação do suprimento O₂

1. Pegue um conector de 22 mm a 22 mm e 15 F Y com portas de 7,6 mm. Crie os membros expiratórios e inspiradores do circuito nas duas extremidades distais da peça Y através de duas válvulas de sentido oposto, de baixa resistência, 22 mm masculino/feminino, unidirecional.
   1. Membro expiratório: Em uma extremidade da peça Y, coloque o conector da válvula unidirecional permitindo apenas um fluxo proximal-distal (seta apontando para baixo).
   2. Membro inspirador: Na outra extremidade da peça Y, conecte uma válvula unidirecional permitindo apenas um fluxo distal-proximal (seta apontando para cima).
2. Conecte a extremidade proximal do Y ao filtro HEPA.
3. Usando tubos de gás de vinil padrão, resistentes à torção, com adaptadores universais em ambas as extremidades, conecte a fonte O₂ ao membro inspirador da peça Y. Escolha tubos de comprimento adequado considerando a distância entre o paciente e a fonte do gás.
   NOTA: O conector de peça Y deve ter uma porta de amostragem no membro inspirador. Caso não, um conector reto adicional com uma porta de amostragem deve ser usado para fornecer O₂.

3. Construir e anexar a câmara de escavação

1. Conecte uma borracha de silício de 22 mm x 22 mm, adaptador flexível do conector à extremidade proximal de uma câmara de catador (diâmetro interno = 60 mm, comprimento interno = 53 mm, volume = 150mL) contendo 100 g de hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂).
2. Anexar uma O.D. de 15 mm x 22 mm de O.D./15 mm I.D., 5 cm-6,5 cm, tubo flexível e ondulado ao adaptador de borracha de silício.
3. Conecte outro adaptador de silício de 22 mm x 22 mm, adaptador flexível do conector à extremidade distal do carniceiro.
4. Adicione a câmara de limpeza e o conjunto de tubos ao membro inspirador da peça Y usando um adaptador de duas etapas de 15 mm-22 mm.

4. Construir e anexar o sistema de reservatórios NO

1. Monte um saco de reservatório de respiração sem látex 3-L e um conector de cotovelo do ventilador de 90° sem portas (22 mm ID x 22 mm).
2. Conecte a outra extremidade do cotovelo à abertura central do aerossol T-piece (portas horizontais 22 mm O.D., porta vertical 11 mm I.D./22 mm O.D.).
3. Conecte a peça T à extremidade distal da câmara de limpeza, avançando-a até que ela se encaixe firmemente no conector de borracha de silício.

5. Construção do SISTEMA DE FORNECIMENTO DE AR MÉDICO E NÃO

1. Construa o sistema de alimentação de gás no/ar anexando dois conectores O.D. x 15 mm de 15 mm de I.D./22 mm com portas de amostragem de 7,6 mm e tampas flip-top.
   NOTA: Uma vez que as tampas sejam removidas, os acessos de amostragem funcionarão como portas de entrada de gás.
2. Na extremidade distal do sistema de alimentação no/ar, conecte outra válvula inspiratória unidirecional (seta apontando para cima).
3. Na extremidade proximal do sistema de alimentação no/ar, conecte um adaptador de duas etapas de 15/22 mm.
4. Conecte o adaptador proximal de duas etapas à entrada livre restante da peça T verde do sistema de reservatório NO.

6. Conecte as linhas de fluxo de ar e NO gas usando tubos de oxigênio padrão, resistentes à torção e lumen estrela para as etapas seguintes.

1. Conecte o ar médico à porta de entrada de gás mais distal.
2. Conecte o gás NO a partir de um tanque NO de grau médico de 800 ppm (cilindros de alumínio AQ tamanho contendo 2239 L de 800 ppm de gás NO a temperatura e pressão padrão, equilibrado com nitrogênio; entregue volume 2197 L) para a próxima porta rio abaixo.
   NOTA: A tubulação deve ser de comprimento adequado para atingir as fontes dos gases confortavelmente. Diferentes tanques ou geradores de NO podem ser usados como fontes de gás.

7. Use em indivíduos que respiram espontaneamente

1. Defina o fluxo de ar, O₂e NO de gás de acordo com a concentração desejada fio₂ e NO.
   NOTA: As taxas de fluxo recomendadas para administração de NÃO em 80, 160 ou 250 ppm estão listadas na Tabela 1 (aplicável apenas a 800 cilindros ppm).
2. Posicione a máscara de encaixe apertado no rosto do paciente, semelhante a uma configuração de interface de ventilação não invasiva.
3. Inicie a sessão de inalação para a duração desejada.

Resultados

Um terapeuta respiratório de 33 anos que trabalhava na UTI da MGH durante a onda de internação na UTI para o COVID-19 se ofereceu para receber o NO como parte do estudo envolvendo profissionais de saúde^15,19. O estudo testou a eficácia de 160 ppm de NO como agente virucida, prevenindo assim a ocorrência de doenças em pulmões em risco de contaminação viral. A primeira sessão da profilaxia da inalação foi administrada a...

Discussão

Dado o crescente interesse em NENHUMA terapia de gás para pacientes não entubados, incluindo aqueles com COVID-19^8,o presente relatório descreve um novo dispositivo personalizado e como montar seus componentes para entregar NO em concentrações de até 250 ppm. O sistema proposto é construído a partir de consumíveis baratos e fornece com segurança uma concentração reprodutível de NÃO gás em pacientes que respiram espontaneamente. A facilidade de montagem e uso, juntamente com os dados...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
90° ventilator elbow connector without ports 22 mm ID x 22 mm OD	Teleflex, Wayne, PA, USA	1641
Aerosol tee connector: horizontal ports 22 mm OD, vertical port 11 mm ID/22 mm OD	Teleflex, Wayne, PA, USA	1077
Flexible patient connector for endotracheal or tracheostomy tube (15 mm OD x 22 mm OD/15 mm ID, length 5 cm to 6.5 cm)	Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, USA	3215
High-efficiency particulate air (highly hydrophobic bacterial/viral filter,  HEPA class 13) filter (22 mm ID/15 mm OD x 22 mm OD/15 mm ID connector)	Teleflex, Wayne, PA, USA	28012
Latex-free 3-L breathing reservoir bag	CareFusion, Yorba Linda, CA, USA	5063NL
Nitric Oxide tank 800 ppm medical-grade (size AQ aluminum cylinders containing 2239 L at STP of 800 ppm NO gas balanced with nitrogen, volume 2197 L)	Praxair, Bethlehem PA, USA	MM NO800NI-AQ
One-way valve 22 mm male/female (arrow pointing towards female end)	Teleflex, Wayne, PA, USA	1664	N=2 inspiratory limb (upward arrow)
One-way valve 22 mm male/female (arrow pointing towards male end)	Teleflex, Wayne, PA, USA	1665	N=1 expiratory limb (downward arrow)
Rad-57 Handheld Pulse Oximeter with Rainbow SET Technology	Masimo Corporation, Irvine, CA, USA	3736	Including SpMet Option
Scavenger (ID = 60 mm, internal length = 53 mm, volume = 150 mL) containing 100 g of calcium hydroxide	Spherasorb, Intersurgical Ltd, Berkshire, UK
Silicon rubber flexible connectors 22 mm F x 22 mm F	Tri-anim Health Services, Dublin, OH, USA	301-9000
Snug-fit standard face mask of appropriate size
Star Lumen standard medical grade vynil oxygen tubing with universal connectors	Teleflex, Morrisville, NC, USA	1115	Variable length according to distance from source of gas. 2.1 m length used in protocol
Straight connector with a 7.6 mm sampling port (15 mm OD x 15 mm ID/22 mm OD)	Mallinckrodt, Bedminster, NJ, USA	502041
Two-step adapter (15 mm to 22 mm)	Airlife Auburndale, FL, USA	1824
Y-piece connector with 7.6 mm ports (22 mm to 22 mm and 15 F)	Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, USA	1831